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  諾坎普夢(mèng) 2010-02-28 00:00:00

  綠色化學(xué) 當(dāng)今，化學(xué)的發(fā)展非常迅速。在20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)和人工合成的化合物的種類(lèi)是2285萬(wàn)多種，是此之前發(fā)現(xiàn)的所有化合物總數(shù)的41倍強(qiáng)。但“化學(xué)家太謙虛”，20世紀(jì)化學(xué)取得的輝煌成就，并未獲得社會(huì)應(yīng)有的認(rèn)可。 1 化學(xué)所面臨的挑戰(zhàn) 1.1 化學(xué)的形象正在被與其交叉的學(xué)科的巨大成功所埋沒(méi) 化學(xué)是一門(mén)ZX科學(xué)，化學(xué)與生命、材料等八大朝陽(yáng)科學(xué)有非常密切的聯(lián)系，產(chǎn)生了許多重要的交叉學(xué)科，但化學(xué)作為ZX學(xué)科的形象反而被其交叉學(xué)科的巨大成就所埋沒(méi)?；瘜W(xué)這門(mén)重要的ZX科學(xué)（central science）反而被社會(huì)看作是伴娘科學(xué)（bridesmaid science）而不受重視。 1.2 化學(xué)正被各種各樣的環(huán)境污染問(wèn)題所困擾 化學(xué)的發(fā)展在不斷促進(jìn)人類(lèi)進(jìn)步的同時(shí)，在客觀上使環(huán)境污染成為可能，但是起決定性的是人的因素，Z終要靠人們的認(rèn)識(shí)不斷提升來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。一些的環(huán)境事件多數(shù)與化學(xué)有關(guān)，諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營(yíng)養(yǎng)化等；另一方面把所有的環(huán)境問(wèn)題都?xì)w結(jié)為化學(xué)的原因，顯然是不公平的，比如森林銳減、沙塵暴和煤的燃燒等。這當(dāng)然與化學(xué)沒(méi)有樹(shù)立好自己的品牌有關(guān)系，在Z早的化學(xué)工藝流程里面，根本沒(méi)有把廢氣和廢渣的處理納入考慮范圍，因此很多化學(xué)工藝都是會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染的?，F(xiàn)在，有些人把化學(xué)和化工當(dāng)成了污染源。人們開(kāi)始厭惡化學(xué)，進(jìn)而對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了莫名其妙的恐懼心理，結(jié)果造成凡是有“人工添加劑”的食品都不受歡迎，有些化妝品廠家也反復(fù)強(qiáng)調(diào)本產(chǎn)品不含有任何“化學(xué)物質(zhì)”。事實(shí)上，這些是對(duì)化學(xué)的偏見(jiàn)，監(jiān)測(cè)、分析和治理環(huán)境的卻恰恰是化學(xué)家。 2 綠色化學(xué)是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的必然 科學(xué)不但要認(rèn)識(shí)世界和改造世界，還要保護(hù)世界?；瘜W(xué)也如此，為了應(yīng)對(duì)化學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)，提倡綠色化學(xué)是刻不容緩。 2.1 綠色化學(xué)的概念 綠色化學(xué)又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)，是指化學(xué)反應(yīng)和過(guò)程以“原子經(jīng)濟(jì)性”為基本原則，即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中充分利用參與反應(yīng)的每個(gè)原料原子，在始端就采用實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過(guò)程和終端均為零排放和零污染，是一門(mén)從源頭阻止污染的化學(xué)。綠色化學(xué)不同于環(huán)境保護(hù)，綠色化學(xué)不是被動(dòng)地治理環(huán)境污染，而是主動(dòng)的防止化學(xué)污染，從而在根本上切斷污染源，所以綠色化學(xué)是更高層次的環(huán)境友好化學(xué)。 2.2綠色化學(xué)的產(chǎn)生及其背景 當(dāng)今，可持續(xù)發(fā)展觀是世人普遍認(rèn)同的發(fā)展觀。它強(qiáng)調(diào)人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，既要發(fā)展經(jīng)濟(jì)，又要保護(hù)自然資源和環(huán)境，使子孫后代能永續(xù)發(fā)展。綠色化學(xué)正是基于人與自然和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展理論。在1984年，美國(guó)環(huán)保局(EPA)提出“廢物Z小化”，這是綠色化學(xué)的Z初思想。1989年，美國(guó)環(huán)保局又提出了“污染預(yù)防”的概念。 1990年，美聯(lián)邦政府通過(guò)了“防止污染行動(dòng)”的法令，將污染的防止確立為國(guó)策，該法案條文中diyi次出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”一詞。1992年，美國(guó)環(huán)保局又發(fā)布了“污染預(yù)防戰(zhàn)略”。1995年，美國(guó)政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”。1999年英國(guó)化學(xué)會(huì)創(chuàng)辦了diyi份國(guó)際性《綠色化學(xué)》雜志，標(biāo)志著綠色化學(xué)的正式產(chǎn)生。我國(guó)也緊跟世界化學(xué)發(fā)展的前沿，在1995年，ZG科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)》的院士咨詢(xún)課題。 2.3 綠色化學(xué)的核心內(nèi)容 原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容，這一概念Z早是1991年美國(guó)Stanford大學(xué)的有機(jī)化學(xué)家Trost（為此他曾獲得了1998年度的“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)）提出的，即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為GX的有機(jī)合成應(yīng)Z大限度地利用原料分子的每一個(gè)原子，使之結(jié)合到目標(biāo)分子中。綠色化學(xué)的原子經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：一是Z大限度地利用了原料，二是Z大限度地減少了廢物的排放。原子利用率的表達(dá)式是： 原子利用率= （預(yù)期產(chǎn)物的式量/反應(yīng)物質(zhì)的式量之和）× 如無(wú)公害氧化劑過(guò)氧化氫的制備可采用乙基蒽醌法，即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成，2-乙基蒽醌復(fù)出并可循環(huán)使用。此反應(yīng)原子利用率為，體現(xiàn)了原子經(jīng)濟(jì)性，減少?gòu)U物的生成和排放，是典型的零排放例子。 2.4 綠色化學(xué)的12項(xiàng)原則和5R原則 為了簡(jiǎn)述了綠色化學(xué)的主要觀點(diǎn)，P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出綠色化學(xué)的12項(xiàng)原則，這12項(xiàng)原則對(duì)我們今后從事綠色化學(xué)的研究具有一定的指導(dǎo)作用。 Ⅰ．防止——防止產(chǎn)生廢棄物要比產(chǎn)生后再去處理和凈化好得多。 Ⅱ．講原子經(jīng)濟(jì)——應(yīng)該設(shè)計(jì)這樣的合成程序，使反應(yīng)過(guò)程中所用的物料能Z大限度地進(jìn)到產(chǎn)物中。 Ⅲ．較少有危害性的合成反應(yīng)出現(xiàn)——無(wú)論如何要使用可以行得通的方法，使得設(shè)計(jì)合成程序只選用或產(chǎn)出對(duì)人體或環(huán)境毒性很小Z好無(wú)毒的物質(zhì)。 Ⅳ．設(shè)計(jì)要使所生成的化學(xué)產(chǎn)品是安全的——設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)的生成物不僅具有所需的性能，還應(yīng)具有Z小的毒性。 Ⅴ．溶劑和輔料是較安全的——盡量不同輔料（如溶劑或析出劑）當(dāng)不得已使用時(shí)，盡可能應(yīng)是無(wú)害的。 Ⅵ．設(shè)計(jì)中能量的使用要講效率——盡可能降低化學(xué)過(guò)程所需能量，還應(yīng)考慮對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的效益。合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行。 Ⅶ．用可以回收的原料——只要技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是可行的，原料應(yīng)能回收而不是使之變壞。 Ⅷ．盡量減少派生物——應(yīng)盡可能避免或減少多余的衍生反應(yīng)（用于保護(hù)基團(tuán)或取消保護(hù)和短暫改變物理、化學(xué)過(guò)程），因?yàn)檫M(jìn)行這些步驟需添加一些反應(yīng)物同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生廢棄物。 Ⅸ．催化作用——催化劑（盡可能是具選擇性的）比符合化學(xué)計(jì)量數(shù)的反應(yīng)物更占優(yōu)勢(shì)。 Ⅹ．要設(shè)計(jì)降解——按設(shè)計(jì)生產(chǎn)的生成物，當(dāng)其有效作用完成后，可以分解為無(wú)害的降解產(chǎn)物，在環(huán)境中不繼續(xù)存在。 Ⅺ．防止污染進(jìn)程能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析——需要不斷發(fā)展分析方法，在實(shí)時(shí)分析、進(jìn)程中監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)形成危害物質(zhì)的控制上。 Ⅻ．特別是從化學(xué)反應(yīng)的安全上防止事故發(fā)生——在化學(xué)過(guò)程中，反應(yīng)物（包括其特定形態(tài)）的選擇應(yīng)著眼于使包括釋放、爆炸、著火等化學(xué)事故的可能性降至Z低。 為了更明確的表述綠色化學(xué)在資源使用上的要求，人們又提出了5R理論： Ⅰ．減量——Reduction 減量是從省資源少污染角度提出的。減少用量、在保護(hù)產(chǎn)量的情況下如何減少用量，有效途徑之一是提高轉(zhuǎn)化率、減少損失率。②減少“三廢”排放量。主要是減少?gòu)U氣、廢水及廢棄物（副產(chǎn)物）排放量，必須排放標(biāo)準(zhǔn)以下。 Ⅱ．重復(fù)使用——Reuse 重復(fù)使用這是降低成本和減廢的需要。諸如化學(xué)工業(yè)過(guò)程中的催化劑、載體等，從一開(kāi)始就應(yīng)考慮有重復(fù)使用的設(shè)計(jì)。 Ⅲ．回收——Recycling 回收主要包括：回收未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物、助溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑等非反應(yīng)試劑。 Ⅵ．再生——Regeneration 再生是變廢為寶，節(jié)省資源、能源，減少污染的有效途徑。它要求化工產(chǎn)品生產(chǎn)在工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到有關(guān)原材料的再生利用。 Ⅴ．拒用——Rejection 拒絕使用是杜絕污染的Z根本辦法，它是指對(duì)一些無(wú)法替代，又無(wú)法回收、再生和重復(fù)使用的毒副作用、污染作用明顯的原料，拒絕在化學(xué)過(guò)程中使用。 3 綠色化學(xué)的發(fā)展前景 3.1反應(yīng)原料的綠色化 即反應(yīng)原料符合5R原則。 3.2原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng) 在基本有機(jī)原料的生產(chǎn)中，已有一些原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)的典范，如丙烯氫甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和從丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。 3.3GX合成法 不涉及分離GX的的多步合成無(wú)疑是潔凈技術(shù)的重要組成部分。 3.4.提高反應(yīng)的選擇性———定向合成 如不對(duì)稱(chēng)合成。 3.5.環(huán)境友好催化劑 例如在正己烷的裂解反應(yīng)中，固體酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的選擇性，更小的腐蝕性。 3.6.物理方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng) 如微波引發(fā)和促進(jìn)Diels Alder反應(yīng)、Claisen重排、縮合等許多重要的有機(jī)反應(yīng)。 3.7.酶促有機(jī)化學(xué)反應(yīng) 酶促有機(jī)化學(xué)反應(yīng)有GX性、選擇性、反應(yīng)條件溫和和自身對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)。 3.8溶劑 化學(xué)污染不僅來(lái)源于原料和產(chǎn)品，而且與反應(yīng)介質(zhì)、分離和配方中使用的溶劑有關(guān)，有毒揮發(fā)性溶劑替代品的研究是綠色化學(xué)的重要研究方向。如超臨界流體、水相有機(jī)合成和室溫熔鹽溶劑等。 3.9.計(jì)算機(jī)輔助綠色化學(xué)設(shè)計(jì)和模擬 在化學(xué)化工領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)已廣泛用于構(gòu)效分析、結(jié)構(gòu)解析、反應(yīng)性預(yù)測(cè)、故障診斷及控制等許多方面。無(wú)疑，計(jì)算機(jī)在尋找符合綠色化學(xué)原則的Z佳反應(yīng)路線、化工過(guò)程Z優(yōu)化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面推動(dòng)了綠色化學(xué)的更快發(fā)展。 3.10環(huán)境友好產(chǎn)品 如可降解塑料、環(huán)境友好農(nóng)藥、綠色燃料、綠色涂料和CFCs替代物等。 綠色化學(xué)為化學(xué)的發(fā)展注入了新的活力，在21世紀(jì)化學(xué)必將大有可為。 可以的啦

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